NUTRICIÓN BACTERIANA
Cualquier ser vivo, por su actividad vital (crecimiento,
mantenimiento y reproducción) requiere continuos aportes de energía
para reponer las pérdidas y, para que todo el sistema pueda funcionar.
La nutrición es el proceso por el que los
seres vivos toman del medio donde habitan las sustancias químicas
que necesitan para crecer. Dichas sustancias se denominan nutrientes,
y se requieren para los dos objetivos que comprende el metabolismo:
-
fines energéticos o catabolismo
(reacciones de mantenimiento)
-
fines biosintéticos o anabolismo
(reacciones plásticas ).
Las biosíntesis de nuevos componentes celulares
son procesos que requieren energía procedente
del medio ambiente. Anteriormente señalamos los principales
modos de captación y obtención de energía existentes
en las bacterias.
El estudio de la nutrición microbiana se puede
desglosar en varios apartados: así, podemos considerar los tipos
de nutrientes requeridos, los aspectos cuantitativos, e incluso podemos
abordar los aspectos ambientales (en cuyo caso entramos dentro del campo
de la Ecofisiología). Igualmente podemos estudiar la aplicación
práctica de la nutrición bacteriana, que se plasma sobre
todo en el diseño de medios de cultivo para manejar los microorganismos
en el laboratorio.
Es importante tener claros desde el principio una
serie de conceptos y nomenclaturas relacionados con los principales tipos
de nutrición bacteriana. Puesto que, como acabamos de ver, la nutrición
presenta un aspecto de aprovisionamiento de energía y otro de suministro
de materiales para la síntesis celular, podemos hablar de dos "clasificaciones"
de tipos de nutrición:
Desde el punto de vista de los fines de aprovisionamiento
de energía, las bacterias se pueden dividir en:
-
litotrofas (del griego lithos = piedra): son aquellas que sólo requieren sustancias
inorgánicas sencillas (SH2 , S0, NH3, NO2-, Fe, etc.).
- organotrofas: requieren compuestos orgánicos
(hidratos de carbono, hidrocarburos,
lípidos, proteínas,
......).
Desde el punto de vista biosintético (o sea,
para sus necesidades plásticas o de crecimiento), las bacterias
se pueden dividir en:
- autótrofas:
crecen sintetizando sus materiales a partir de sustancias inorgánicas
sencillas. Ahora bien, habitualmente el concepto de autotrofía se
limita a la capacidad de utilizar una fuente inorgánica de carbono,
a saber, el CO2.
- heterótrofas:
su fuente de carbono es orgánica (si bien otros elementos distintos
del C pueden ser captados en forma inorgánica).
Otros conceptos:
| autótrofas estrictas: son aquellas bacterias
incapaces de crecer usando materia orgánica como fuente de carbono. |
| mixótrofas son aquellas bacterias con metabolismo
energético litótrofo, pero requieren sustancias
orgánicas como nutrientes para su metabolismo biosintético. |
Sean autótrofas o heterótrofas, todas las bacterias
necesitan captar una serie de elementos químicos, que se pueden
clasificar (según las cantidades en que son requeridos) como
| macronutrientes (C, H, O, N, P, S, K, Mg) |
| micronutrientes o elementos traza (Co, Cu, Zn, Mo...) |
En la naturaleza, estos elementos se encuentran combinados,
formando parte de sustancias orgánicas y/o inorgánicas. Algunos
de los nutrientes serán incorporados para construir macromoléculas
y estructuras celulares; otros solo sirven para la producción de
energía, y no se incorporan directamente como material celular;
finalmente, otros pueden ejercer ambos papeles.
El mundo bacteriano, como conjunto, exhibe una gigantesca
versatilidad metabólica de uso de nutrientes: desde autótrofos que
obtienen su carbono por reducción del CO2 y los demás
elementos a partir de fuentes igualmente inorgánicas, hasta heterótrofos
capaces de usar amplia gama de fuentes orgánicas de carbono. A su vez, dentro de los
heterótrofos, podemos encontrar
muchos tipos de nutrición muy distintos, desde bacterias metilotrofas
que sólo usan metano o metanol como fuente de carbono y energía,
hasta los muy versátiles Pseudomonas, que pueden recurrir
a degradar más de 100 tipos de fuentes de C, incluyendo sustancias
tan "exóticas" como hidrocarburos alifáticos y cíclicos.
De cualquier modo, entre los heterótrofos, una de las fuentes más
típicas de carbono consiste en glucosa.
En los heterótrofos- organotrofos, los sustratos carbonados
(con un nivel de oxidación no muy distinto del material celular -CH2O-) entran simultáneamente al:
| metabolismo energético (o catabolismo,
donde la fuente de C se transforma en CO2, o en CO2
junto con otras sustancias no totalmente oxidadas); |
| metabolismo plástico (anabolismo = biosíntesis
de nuevo material celular).
|
Aunque dentro del mundo de los procariotas
se encuentre tanta variedad de nutriciones, las bacterias que pueden nutrirse
solamente de sustancias inorgánicas sencillas (H2O, CO2,
N2, NO3--, NH3, SO4=, fosfatos,
etc.) son minoría, pero sus procesos metabólicos son muy
interesantes. De hecho, existen tipos metabólicos que sólo
han evolucionado en procariotas.Como paradigma de esto citaremos
los microorganismos quimioautótrofos (o quimiolitoautótrofos):
obtienen su energía de la oxidación de sustancias inorgánicas
sencillas, el carbono procede del CO2, y el resto de elementos
a partir de sales inorgánicas, por lo que pueden vivir en soluciones
de sales minerales.
Lo habitual, sin embargo, es que muchas bacterias
recurran, siempre que puedan, a tomar del medio ciertos compuestos más
complejos, ya que carecen de ciertas rutas biosintéticas.
CLASES DE NUTRIENTES | Contenidos
Podemos clasificar los nutrientes en las siguientes
categorías:
- universales: agua, CO2, fosfatos y
sales minerales;
- particulares
- factores de crecimiento
NUTRIENTES UNIVERSALES | Contenidos
El agua
Las bacterias necesitan grandes cantidades de agua.
De hecho, salvo excepciones, se pueden considerar como organismos acuáticos.
Requieren cierto grado de humedad para crecer. Desde el punto de vista
de sus posibles papeles, el agua es:
| el principal constituyente del protoplasto bacteriano; |
| el medio universal donde ocurren las reacciones biológicas; |
| un reactante en exceso (es decir, un producto resultante
de algunas reacciones bioquímicas).
|
Las fuentes de agua pueden ser:
| endógena: procedente de procesos de oxido-reducción; |
| exógena (la más importante): procedente
del medio, y que difunde a través de las membranas. |
Ahora bien, no toda el agua de un ambiente está
disponible para la bacteria:
| Existen determinadas sustancias y superficies que absorben
y adsorben (respectivamente), de modo más o menos intenso, moléculas
de agua, dejándolas inasequibles a la bacteria. |
| Los solutos disueltos en agua (p. ej. , sales, azúcares)
tienen afinidad por las moléculas de H2O que los rodean,
por lo que éstas tampoco estarán a disposición del
microorganismo. |
La disponibilidad de agua se mide por un parámetro
llamado actividad de agua o potencial de agua, indicativo del agua
libre, y que se expresa como
aW= PS/PW
donde PS es la presión parcial de vapor de
agua en la solución problema y PW es la presión parcial de
vapor del agua destilada.
¿Cómo medir el potencial de agua de
un medio líquido determinado? Se mide la humedad relativa del aire
que hay encima del medio (en frascos), y este valor se refiere al valor
de 100, que es la humedad del aire encima del agua destilada. O sea, la
aW = humedad relativa/100).
Las bacterias tienen valores de aW normalmente entre
0.90 y 0.99.
| Bacterias de hábitats oligotróficos
(como Caulobacter, Spirillum) tienen aW cercanos a 1. |
| Bacterias como Escherichia y Streptococcus,
que viven en sangre y fluidos corporales, tienen aW de alrededor de 0.995. |
| Bacterias marinas como ciertos Vibrio y Pseudomonas
encuentran valores de 0.980. |
| Ciertos bacilos Gram-positivos que resisten mejor la
sequedad poseen valores de 0.950. |
En el extremo de resistencia encontramos ciertas bacterias
xerófilas, capaces de vivir a aW muy bajos
(en torno a 0.75). Muchas de estas bacterias viven de hecho en medios acuosos,
pero donde gran parte del agua no está disponible por las razones
arriba citadas:
| bacterias halófilas
extremas, como la arqueobacteria Halobacterium,
que habita lagunas hipersalinas; |
| bacterias (y sobre todo, ciertos microorganismos eucarióticos
como levaduras) sacarófilas, que viven en jugos y zumos con altas
concentraciones de azúcares. |
El anhídrido carbónico (CO2)
El anhídrido carbónico es requerido por todo tipo de
bacterias:
| Las autótrofas lo requieren
como fuente de carbono, y lo reducen usando como fuente de energía
la luz (en el caso de las fotoautótrofas) u oxidaciones de determinadas
sustancias inorgánicas (los quimioautolitotrofos). |
| Las arqueobacterias metanogénicas
pueden usar el CO2 como aceptor de los electrones procedentes
de la oxidación del H2, proceso por el que obtienen su
energía: |
CO2 + 4H2 ---------> CH4
+ 2H2O ( DG'0<0)
| Los heterótrofos, aunque
no usan el CO2 como fuente de C ni como aceptor de electrones,
necesitan pequeñas cantidades para las carboxilaciones en determinadas
rutas anabólicas y catabólicas. |
El origen del CO2 puede ser:
| endógeno: procedente de descarboxilaciones
que ocurren al degradar la fuente orgánica de carbono; |
| exógeno: el CO2 de la atmósfera
o disuelto en las soluciones acuosas. |
Normalmente, las bacterias crecen a la concentración
de CO2 atmosférico (0.03%), pero algunas bacterias (Neisseria,
Brucella), cuando se aíslan por primera vez, requieren atmósferas
enriquecidas, con 5-10% de CO2. Ello parece deberse a que poseen
alguna enzima con baja afinidad hacia el CO2; sin embargo,
tras varios subcultivos, suelen adaptarse a crecer a tensiones normales.
Fósforo
Suele requerirse en forma de fosfatos, sea orgánicos
o inorgánicos. Las bacterias que pueden usar los fosfatos orgánicos
(merced a la posesión de fosfatasas) no dependen absolutamente de
ellos, ya que pueden recurrir igualmente a los fosfatos inorgánicos.
Los fosfatos orgánicos son hidrolizados por fosfatasas extracelulares
o (en las Gram-negativas) periplásmicas (p.ej., la fosfatasa
alcalina).
El fósforo se usa principalmente para la síntesis
de los ácidos nucleicos y los fosfolípidos, pero aparece
también en coenzimas y en proteínas.
Sales minerales
Las sales minerales son la fuente de aniones (p.
ej. el Cl-) y de cationes para la célula. Los siguientes cationes,
concretamente, se necesitan en cantidades relativamente grandes: K+,
Mg++, Ca++, Fe++.
El ión potasio (K+):
| El ión potasio interviene en la activación
de una variedad de enzimas, incluyendo las que participan en la síntesis
de proteínas. |
| En Gram-positivas está asociado con los ácidos
teicoicos de la pared. |
El ión magnesio (Mg++):
| estabiliza ribosomas, membranas y ácidos nucleicos; |
| como cofactor en muchas reacciones, especialmente las que implican transferencia
de grupos fosfato. Por ejemplo, en las reacciones que requieren ATP, el Mg++ puede unir la enzima al sustrato durante el mecanismo de acción
de la primera. |
| Participa de las clorofilas y bacterioclorofilas de bacterias fotosintéticas. |
El ión calcio (Ca++): es un cofactor
de ciertas enzimas, como proteinasas.El hierro (principalmente como ión ferroso,
Fe++) suele estar
acomplejado en la naturaleza, formando sales insolubles. Las bacterias
disponen de una serie de moléculas, denominadas sideróforos,
capaces de captar ese hierro. El hierro:
| participa en muchas moléculas implicadas en procesos de respiración,
como citocromos y ferroproteínas no hémicas (proteínas
con Fe-S); |
| interviene como cofactor en ciertas enzimas. |
| forma parte de los magnetosomas, de los cuales depende
el comportamiento magnetotáctico capacidad de orientarse en el campo
magnético de ciertas bacterias. Se encuentra bajo la forma de magnetita
(óxido de hierro ferromagnético) Fe3O4 |
Aparte de estos iones que se requieren en cantidades
relativamente grandes, las bacterias necesitan minúsculas cantidades
de otros elementos (oligoelementos), a los que también se
denomina como micronutrientes o elementos traza.
| El manganeso (Mn++) es un cofactor de ciertas
enzimas, y a veces puede sustituir al Mg++. |
| El cobalto (Co++) se requiere casi exclusivamente
para la vitamina B12 (de hecho, si suministramos esta vitamina al medio,
la bacteria se vuelve independiente del Co++ libre). |
| El zinc interviene en la estabilización
de complejos enzimáticos como las ADN- y ARN-polimerasas. |
| El molibdeno participa en las llamadas molibdoflavoproteínas,
implicadas en la asimilación de nitratos. Por otro lado, participa
como cofactor, junto con el Fe, en el complejo nitrogenasa de las bacterias
fijadoras de N2 atmosférico. |
| El níquel participa en hidrogenasas, enzimas
que captan o liberan H2. |
NUTRIENTES PARTICULARES
| Contenidos
Se trata de elementos que pueden ser cubiertos de
modo muy distinto, dependiendo del tipo de bacteria que consideremos. Concretamente,
los elementos N y S (que requieren todos los seres vivos) pueden ser captados
por las bacterias de modos muy distintos, dependiendo de sus capacidades
biosintéticas.
Tanto el N como el S se encuentran en la célula
en estado reducido:
| el radical -NH2 forma parte de los aminoácidos
(que a su vez son los sillares de las proteínas) y de las bases
nitrogenadas (que participan en los ácidos nucleicos y en algunas
coenzimas); |
| el radical -SH interviene en determinados aminoácidos
y en coenzimas como la CoA. |
¿En qué formas químicas entran
N y S a las bacterias?
La mayoría de bacterias fotosintéticas
y muchas heterotrofas asimilan estos elementos en forma combinada inorgánica
oxidada:
| como NO3--, merced a la actuación
secuencial de nitrato- reductasas y nitrito- reductasas asimilatorias |
| como SO4=. Este sulfato se activa con ATP,
y luego se reduce hasta sulfito y finalmente sulfhídrico, que ya
tiene el estado de reducción adecuado para la incorporación
del S. |
Muchas bacterias heterótrofas pueden usar alguna forma
reducida:
| de N inorgánico: amonio (NH4+) |
| de S inorgánico: sulfuros (S=, SH-) |
| de N orgánico: aminoácidos, péptidos |
| de S orgánico: cisteína. |
Muchas de las bacterias que pueden usar amonio como
única fuente de nitrógeno también pueden usar nitratos.
FIJACIÓN DE NITRÓGENO | Contenidos
La atmósfera contiene enormes cantidades de
nitrógeno no combinado (libre) en estado gaseoso: el nitrógeno
molecular o dinitrógeno (N2), que procede de microorganismos
denitrificantes (véase el capítulo
15). Sin embargo, esta
gran reserva sólo puede servir de fuente de nitrógeno a ciertos
procariotas, las llamadas bacterias fijadoras de nitrógeno
o diazotrofos. Esta notable capacidad bioquímica no ha evolucionado
en eucariotas. (Lo más a que ha llegado
la evolución es a seleccionar ciertos tipos de asociaciones simbióticas
entre procariotas diazotrofos y ciertos eucariotas). En una época
todo el nitrógeno de los seres vivos fue procesado por estas bacterias,
que toman el nitrógeno atmosférico (N2) y lo modifican
en manera tal que pueden ser utilizados por los organismos vivos como nitratos
o amoníaco NH3.
Desarrollo de un nódulo en una raíz de ciertas plantas (en
general leguminosas)
donde viven bacterias en simbiosis con ella
Vía metabólica que fija el nitrógeno
atmosférico N2, y lo convierte en amoníaco NH3
La fijación del N2, es un proceso
de reducción que convierte el nitrógeno molecular en amoniaco,
según la siguiente ecuación:
N2 + 8H+ + 8e + 18 ATP -->2NH3
+ H2 + 18 (ADP + Pi)
Esta reacción está catalizada por un
complejo enzimático denominado nitrogenasa o dinitrogenasa,
que consta de dos componentes:
| Componente I o nitrogenasa propiamente dicha; posee
un cofactor de hierro y molibdeno (FeMoCo) que forma parte del centro activo.
Por ello, a este componente también se le conoce como molibdoferroproteína.
(En realidad existen dos copias del cofactor, cuya estequiometría
es MoFe7S9-homocitrato) |
| Componente II o nitrogenasa- reductasa, que posee átomos
de Fe acomplejados con S de determinadas cisteínas (por lo que este
componente se denomina a veces ferroproteína). |
Dos cosas llaman la atención de la ecuación
anterior:
| Obsérvese que la reacción requiere un
gran aporte de energía en forma de al menos 18 ATP (en ocasiones
puede llegar a 24 ATP). Ello se debe a que el dinitrógeno (N=N)
es una molécula extremadamente inerte (su energía de disociación
es de 940 kJ), y su reducción precisa una gran energía de
activación para transferirle 6 electrones. |
| Parte de la actividad nitrogenasa (así como ATP
y electrones) "se pierden" en reducir dos iones H+ hasta H2.
Se desconoce la razón de este "despilfarro", pero se sabe que es
un efecto intrínseco de este complejo enzimático. |
Los electrones para la reducción llegan al complejo
por medio de una ferredoxina, que los transfiere al componente II, que
queda reducido al tiempo que por cada dos electrones transferidos se hidroliza
una molécula de ATP. La nitrogenasa-reductasa reducida se asocia
entonces con la nitrogenasa (=componente I), y le transfiere los electrones.
Una vez reducida la molibdoferroproteína, ésta transfiere
los electrones (y los protones) al N2, hasta convertirlo en
dos moléculas de amoniaco. (El centro activo es FeMoCo).
Un aspecto muy importante del complejo nitrogenasa
es su extrema sensibilidad al oxígeno, de modo que queda
rápida e irreversiblemente inactivado por este gas. Ahora bien,
esto no significa que la capacidad de diazotrofía esté
relegada a bacterias anaerobias, ya que, la evolución
ha "inventado" distintas estrategias para proteger a la nitrogenasa en
fijadores aerobios como las cianobacterias que han confinado el sistema
al interior de células con gruesas paredes (los heterocistos).
Debido a lo "caro" que resulta fijar nitrógeno,
no es extraño comprobar que este proceso esté regulado de
forma muy estricta ante la presencia en el medio de fuentes combinadas
de nitrógeno (nitratos, amonio, aminoácidos):
| la actividad nitrogenasa se ve inhibida ante la presencia
de N combinado; ante N combinado, |
| se reprime la transcripción de los genes
codificadores de la nitrogenasa y demás funciones relacionadas (genes nif,
fijadores de nitrógeno). |
La nitrogenasa es una enzima relativamente "inespecífica",
ya que puede reducir otras pequeñas moléculas provistas de
triples enlaces, como cianuros (N=C-) y acetileno (HC=CH). La reducción
de acetileno a etileno sirve de base al método más usual
de medir la actividad nitrogenasa, el llamado ensayo de reducción
del acetileno, que se registra mediante aparatos de cromatografía
gaseosa.
FACTORES DE CRECIMIENTO
| Contenidos
Los factores de crecimiento son moléculas
orgánicas específicas que, en muy pequeña cantidad,
algunas bacterias necesitan para crecer. Salvo excepciones no tienen función
plástica (no son sillares de macromoléculas) ni sirven como
fuente de energía. Suelen ser coenzimas o sus precursores, vitaminas,
que determinadas bacterias no pueden fabricar por sí mismas, al
carecer de parte o toda de una ruta biosintética.
Ejemplos:
| las bacterias del género Brucella requieren
como factores de crecimiento en sus medios de cultivo la biotina, niacina,
tiamina y ácido pantoténico. |
| Haemophilus necesita suplementos de grupos hemo
y piridín-nucleótidos. |
| En la siguiente tabla se muestran algunas de las vitaminas
y cofactores requeridos por algunas bacterias: |
Factor o vitamina |
Funciones principales |
p-aminobenzoico (PABA) |
Precursor del ácido fólico |
Ácido fólico |
Metabolismo de compuestos C1, transferencia
de grupos metilo. |
Biotina |
Biosíntesis de ácidos grasos;
fijación de CO2 |
Cobalamina (vitamina B12) |
Reducción y transferencia de compuestos
C1; síntesis de desoxirribosa |
Niacina (ácido nicotínico) |
Precursor del NAD; transferencia de electrones
en reacciones redox |
Riboflavina |
Precursor de FAD y FMN |
Ácido pantoténico |
Precursor de la CoA |
Tiamina (vitamina B1) |
Descarboxilaciones; transcetolasas |
Complejo B6 (piridoxal, piridoxamina) |
Transformaciones de aminoácidos y cetoácidos |
Grupo Vitamina K, quinonas |
Transportadores de electrones
(ubiquinonas) |
MEDIOS DE CULTIVO Y CONDICIONES
DE CRECIMIENTO | Contenidos
El conocimiento de la nutrición microbiana
permite el cultivo de los microorganismos en el laboratorio. Como acabamos
de ver, en general, todos los microorganismos tienen parecidos requerimientos
de macro- y micronutrientes, aunque ha quedado claro que la forma en que
cada nutriente es captado puede variar mucho entre unas bacterias y otras,
así como la cantidad relativa de cada nutriente. Los microbiólogos,
en su trabajo cotidiano, están acostumbrados a manejar multitud
de "recetas" o fórmulas correspondientes a muchos tipos de medios
de cultivo.
Un medio de cultivo es una solución acuosa
(bien como tal, o bien incorporada a un coloide
en estado de gel) en la que están presentes todas las sustancias
necesarias para el crecimiento de un (os) determinado (s) microorganismo (s).
Los medios de cultivo se pueden clasificar, en primera instancia, en tres
grandes tipos:
1) Medios complejos o indefinidos: su composición
química exacta se desconoce, ya que son el producto de realizar
infusiones y extractos de materiales naturales complejos:
Ejemplos:
| Extracto de carne |
| Extracto de levadura |
| Autolizado de levadura |
| Peptona de carne o de soja |
| Digeridos de caseína (de la leche). |
| Digeridos de embrión de semilla de algodón |
Con ellos se logra un tipo de medio rico nutricionalmente,
aunque indefinido químicamente. Si lo que pretendemos simplemente
es obtener un buen crecimiento bacteriano, este tipo de medios es ideal,
ya que su confección es fácil y rápida (basta pesar
una cierta cantidad del extracto desecado, suministrado por casas comerciales,
disolverlo en agua y esterilizar en autoclave, antes de inocular e incubar
la bacteria con la que queramos trabajar). Estos medios contienen fuentes
variadas de C y N orgánicos, sales minerales y micronutrientes.
Sin embargo, con ellos no podemos tener un control nutricional preciso,
ya que desconocemos la composición química y proporción
exacta de los distintos nutrientes.
2) Medios sintéticos o definidos: se
obtienen disolviendo en agua destilada cantidades concretas de distintas
sustancias químicas puras, orgánicas y/o inorgánicas.
La composición concreta de un medio sintético dependerá
de la bacteria que queramos cultivar: lógicamente, un medio definido
para una bacteria con grandes capacidades biosintéticas será
más sencillo que el medio definido de otra bacteria con menores
posibilidades biosintéticas.
3) En tercer lugar, podemos fabricar un tipo de medio
"mezcla" de los anteriores, denominado medio semisintético:
llevan algunas sustancias químicas cuya naturaleza y cantidad conocemos,
junto con sustancias de naturaleza y composición indefinidas.
Cualquiera que sea el tipo de medio, de los tres
que acabamos de citar, podemos elaborar dos tipos de "versiones", según
su estado aparente:
| medios líquidos |
| medios sólidos: derivan de los líquidos
simplemente añadiendo a la solución nutritiva un coloide
en estado de gel, que solidifica (da consistencia) a esta solución. |
En los primeros tiempos de la Bacteriología sólo
se conocía como sustancia gelificante incorporable a los medios
la gelatina. Sin embargo, presenta muchos inconvenientes, ya que funde
a 25oC (por encima de esta temperatura el medio se licua), y además,
muchas bacterias presentan gelatinasas que hidrolizan la gelatina.
El gelificante más usado es el agar-agar,
extraído de algas rojas (p. ej. Gelidium), del cual existen
versiones más o menos purificadas (las más puras están
más enriquecidas en el polisacárido agarosa; son las que
se emplean para los medios definidos, con objeto de evitar la introducción
de sustancias "contaminantes" inadvertidas que falseen las interpretaciones
sobre el comportamiento nutricional de la bacteria).
El agar presenta la gran ventaja de que una vez gelificado,
no funde hasta cerca de los 100 oC, lo que permite su uso para la inmensa
mayoría de bacterias, que son mesófilas.
Para cultivar ciertas bacterias (sobre todo los quimioautótrofos)
se suele recurrir a un gelificante inorgánico, el silicagel o gel
de sílice.
Finalmente, introduciremos otra serie de conceptos
relativos a medios de cultivo, que al igual que los anteriores, serán
tratados con la suficiente amplitud en las sesiones de clases prácticas:
Concentración de iones hidrógeno El establecimiento de un pH inicial óptimo
y en muchos casos su mantenimiento durante el crecimiento es de gran importancia,
sobre todo para aquellos microorganismos que a pesar de producir ácidos
no los toleran. La mayoría de los microorganismos desarrolla a pH
7 (Alcaligenes, Pseudomonas), tan solo unos pocos lo hacen a valores
de pH bajos por lo cual se denominan acido tolerantes (Lactobacillus, Acetobacter) o realmente acidófilas
(Thiobacillus, Sulfolobus, Helicobacter) que medran a pH alrededor de 2, la figura
que sigue muestra un esquema de distribución de preferencias de
algunas bacterias.
Temperatura: Los microorganismos presentan
distintos comportamiento en cuanto a temperatura requerida para su incubación.
La mayoría de las bacterias del agua o del suelo son mesófilas crecen entre 20
oC y 42 oC. Otros comportamientos
en referencia la temperatura son: psicrófilo, por debajo de
20 oC; termófilo: entre 40 y 70 oC; termófilos extremos: por encima de los 70
oC; hipertermófilos: por encima de 80 y 100 oC. La
figura muestra algunos ejemplos de bacterias que crecen a diferentes temperaturas.
RELACIONES DE LAS BACTERIAS CON EL OXÍGENO | Contenidos
Dependen en buena medida de la disponibilidad de
las enzimas eliminadoras de peróxidos y superóxidos. Veamos
los tipos de bacterias según sus relaciones con el oxígeno:
Bacterias aerobias: Necesitan O2
para crecer, ya que lo usan (al menos en algunas ocasiones) como aceptor
final de electrones para la captación de energía química.
| Algunos aerobios requieren para crecer tensiones de
oxígeno inferiores a la atmosférica (del 2 al 10% de O2,
en lugar del 20%). A estas bacterias se las califica como microaerófilas. |
| Algunas microaerófilas lo son permanentemente (microaerófilas estrictas). |
| Otras se comportan como microaerófilas sólo
cuando crecen usando determinadas fuentes de energía química
o de nitrógeno (microaerófilas condicionales). |
Bacterias anaerobias: Son aquellas que pueden
crecer en ausencia de oxígeno, debido a que pueden usar aceptores
finales distintos del oxígeno, o porque poseen metabolismo estrictamente
fermentativo.
| Anaerobias estrictas: El oxígeno les resulta
tóxico ya que carecen de catalasa y peroxidasa. Por lo tanto, no
pueden eliminar los productos nocivos resultantes del oxígeno. (Por
ejemplo, las especies de Clostridium, y las arqueobacterias metanogénicas). |
| Anaerobias aerotolerantes: Al igual que las anteriores,
presentan un metabolismo energético anaerobio, pero soportan el
oxígeno debido a que poseen enzimas detoxificadores. Ejemplos típicos
son las bacterias del ácido láctico, como Streptococcus, Leuconostoc,
Lactobacillus). También se les llama
anaerobios indiferentes. |
| Anaerobios facultativos: Pueden realizar metabolismo
energético aerobio o anaerobio, dependiendo del ambiente y la disponibilidad
de aceptores finales de electrones. Ejemplos son las enterobacterias como Escherichia
coli. |
Algunos tipos de medios de cultivo | Contenidos
Medios selectivos son aquellos que permiten
seleccionar un tipo (o unos pocos tipos) de microorganismos. En el laboratorio
se emplean mucho medios selectivos sólidos que incorporan ciertas
sustancias que inhiben el crecimiento de ciertas bacterias, pero permiten
el crecimiento de otras. (P. ej. medios que llevan violeta cristal inhiben
el crecimiento de bacterias Gram-positivas).
Medios diferenciales son aquellos que permiten
distinguir a simple vista dos o más tipos de bacterias en función
de su distinto comportamiento respecto de algún nutriente del medio.
Ese comportamiento diferencial se traduce normalmente en un viraje de color
de una sustancia indicadora presente en el medio.
Ejemplos:
| en el medio EMB (eosina-azul de metileno)
ciertos tipos metabólicos de bacterias producen cambios de color
y precipitación de sales cuando producen ácidos por fermentación
de ciertas fuentes de carbono. |
| El medio llamado agar-sangre lleva un 5% de sangre de
caballo o carnero, lo cual revela la capacidad (y el tipo) de hemólisis
de ciertas bacterias. |
Algunos medios son simultáneamente selectivos
y diferenciales.
P. ej., el agar de MacConkey, que el alumno manejará
en los prácticos. Se trata de un medio de color rosado y transparente,
que posee, entre otras sustancias, lactosa, peptonas, el colorante vital
rojo neutro, sales biliares y violeta cristal.
Este medio es selectivo contra muchas bacterias Gram-positivas
debido al violeta cristal, y también contraselecciona muchas Gram-negativas
debido a las sales biliares (que son agentes tensioactivos que desorganizan
muchas membranas externas). En cambio, las Enterobacterias están
evolutivamente adaptadas
a soportar sales biliares en su hábitat natural (el intestino de
vertebrados superiores), y pueden crecer en este medio. En su faceta de
medio diferencial, el agar MacConkey permite visualizar dos tipos de Enterobacterias
según que puedan o no fermentar la lactosa, con producción
de ácidos. Las bacterias fermentadoras de lactosa (Lac+), excretan
al medio gran cantidad de ácidos orgánicos, lo que provoca
que sus colonias, y sus alrededores aparezcan de color rojo intenso, debido
al viraje del rojo neutro; además, se forma un halo turbio a cierta
distancia de estas colonias, fenómeno ocasionado por la precipitación
de las sales biliares inducida por la acidez. En cambio, las bacterias Lac-, al no poder usar la lactosa, recurren como fuente de C a las peptonas,
a las que desaminan: incorporan el esqueleto carbonado, excretando iones NH4+, que alcalinizan el medio de cultivo, lo cual se traduce
en que el indicador rojo neutro vira a amarillo.
Cultivos sobre soporte sólido inerte
Desde hace un tiempo estamos utilizando en la cátedra
un soporte poroso inerte las "perlitas" material
que tiene la característica de ser barato, fácilmente esterilizable
y con una gran capacidad de retención de líquidos en sus
oquedades lo cual permite variados cultivos.
Microscopía Electrónica de Barrido (EMB) de levaduras cultivadas sobre "perlitas"
Microscopía Electrónica de Barrido (EMB) de Mucor sp. cultivado sobre "perlitas"
|
BAGG, A., J.B. NEILANDS (1987): Molecular mechanism
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| FREDRIKSON, JAMES K. et al
(1996) Vida en las profundidaes de la Tierra,
Investigación y Ciencia, Diciembre,22-28 |
| Inmovilización de
células en un sólido poroso; Glibota G.; Garro O.; Raisman
J.; Judis, M.A.- Reunion de Comunicaciones Científicas y Tecnologicas-Universidad
Nacional del Nordeste-1996 |
| Fermentación alcohólica en sustrato
sólido: Simulación sobre soporte inerte; Castro M.; Garro
O.; Gimenez, M.C.; Raisman J.- Reunión de Comunicaciones Científicas
y Tecnológicas-Universidad Nacional del Nordeste-1996 |
| Pellizari, M.E.; Raisman J.S., Cultivo de Mucor
sp. sobre soporte inerte, observaciones no publicadas |
| Adaptación
(del latín adaptare = acomodar): Tendencia de un organismo
a "adecuarse" a su medio ambiente; uno de los principales puntos de la
teoría de la evolución por la selección natural de
Charles Darwin: los organismos se adaptan a su medio ambiente. Aquellos
organismos mejor adaptados tendrán mayor probabilidad de sobrevivir
y pasar sus genes a la siguiente generación. |
| Aminoácidos (del griego Ammon
= dios egipcio cerca de cuyo templo se prepararon por primera vez las sales
de amonio a partir de estiércol de camello): Las subunidades (monómeros)
que forman las proteínas (polímeros).
Cada aminoácido posee por lo menos un grupo funcional amino ( básico)
y un grupo funcional carboxilo (ácido) y difiere de otros aminoácidos
por la composición de su grupo R. |
| Anabolismo (del griego ana = sobre, metabole = cambio): en un organismo el conjunto
de reacciones biosintéticas o sea las reacciones en que moléculas
pequeñas forman moléculas más grandes. |
| Arqueobacterias
(del griego arkhaios = antiguo; bakterion = bastón:
grupo de procariotas de unos 3.500 millones de
años de antigüedad, presentan una serie de características
diferenciales que hicieron que Carl Woese, profesor de la Universidad de
Illinois, Urbana, U.S.A., proponga su separación del reino Moneras
y la creación de uno nuevo: Archea, propuesta que hoy es
cada vez mas aceptada. |
| Autótrofos (del
griego autos = propio; trophe = nutrición, que se
alimenta de): termino utilizado para nombrar a organismos que sintetizan
sus propios nutrientes a partir de materia prima inorgánica. Opuesto
a heterótrofo. |
| ATP (adenosín trifosfato):
El principal producto químico utilizado por los sistemas vivientes
para almacenar energía, consiste en un una base (adenina) unida
a un azúcar (ribosa) y a tres fosfatos. |
| Catabolismo (del
griego katabole= derribar) en un organismo, todas las reacciones
químicas en las cuales las moléculas grandes se desintegran
en partes mas pequeñas. |
| Catalizador (del
griego katalysis = disolución): Sustancia que disminuye la
energía de activación de una reacción
química, acelerando la velocidad de la reacción. |
| Cianobacterias:
o algas verde-azuladas, procariotas con capacidad fotosintética
, algunas de ellas asimilan nitrógeno atmosférico. Organismos
que se encuentran entre los más antiguos conocidos existiendo depósitos
fósiles de cerca de 3.000 millones de años. |
| Clorofila: (del griego khloros = verde claro, verde amarillento;
phylos = hoja):
Pigmento verde que interviene en la captación de la energía
lumínica durante la fotosíntesis. |
| Coenzima (del griego co = juntos): molécula o cofactor no proteico que colabora
con la enzima en su función catalítica
, con frecuencia actúan en reacciones de oxido-reducción. |
| Coloide: Suspensión
permanente de partículas finas |
| Cortex 1) La parte externa de un órgano, p.ej. la corteza
adrenal de las suprarrenales 2) en plantas la región del tronco o raíz
rodeada externamente por la epidermis e internamente por el cilindro central
de tejido vascular, formado por tejidos fundamentales, parénquima, colénquima
o esclerénquima. |
| Energía de activación:
La menor cantidad de energía requerida para que ocurra una determinada
reacción química. Varía de reacción en reacción. |
| Enzima (del griego en = en; zyme = levadura): Molécula de proteína que
actúa como catalizador en las reacciones
bioquímicas. |
| Energía: la capacidad
de producir trabajo |
| EMB : siglas derivadas del
inglés donde MB va por Methilen Blue (azul de metileno)
y la E por eosina. |
| Eucariotas (del griego eu = bueno, verdadero;
karyon = núcleo, nuez): organismos
caracterizados por poseer células con un núcleo verdadero
rodeado por membrana. El registro arqueológico muestra su presencia
en rocas de aproximadamente 1.200 a 1500 millones de años de antigüedad |
| Evolución (del
latín e- = fuera; volvere = girar): Cambio de los
organismos por adaptación ,variación,
sobrerreproducción y reproducción/sobrevivencia diferencial,
proceso al que Charles Darwin y Alfred Wallace se refirieron como selección
natural. |
| Exoenzimas (del griego ex = fuera, en = en,
zyme
= levadura): Enzimas
que salen fuerade la célula |
| Fósiles (del latín fossilis = enterrado): Los vestigios o restos de vida prehistórica
preservadas en las rocas de la corteza Terrestre. Cualquier evidencia de
vida pasada. |
| Fotosíntesis
(del griego photos = luz; syn = juntos; tithenai =
ubicar): Conversión de energía lumínica en energía
química. Síntesis de compuestos orgánicos a partir
de anhídrido carbónico y agua utilizando la energía
lumínica captada por la clorofila. Tema
ampliado |
| Genes (del griego genos
= nacimiento, raza; del latín sgenus = raza, origen): segmentos
específicos de ADN que
controlan las estructuras y funciones celulares; la unidad funcional de
la herencia. Secuencia de bases de ADN que usualmente codifican para una
secuencia polipetídica de aminoácidos. Tema
ampliado
|
| Glucosa: Azúcar
común, con seis átomos de carbono (C6H12O6),
monosacárido más frecuente en
la mayoría de los organismos. |
| Halófilas (del
griego halos = sal, mar; philios = amigo): bacterias que medran
en ambientes salinos |
| Heterótrofos
(del griego heteros = otro, diferente; trophe = nutrición,
que se alimenta de): Organismos que obtienen sus alimentos rompiendo moléculas
orgánicas sintetizadas por otros organismos para obtener energía,
opuesto a autótrofo. Incluyen a muchas
bacterias, hongos y animales. |
| Hidratos de carbono: Cumplen
funciones de almacenamiento energético, estructurales e intervienen
en procesos de regulación y de reconocimiento. Compuesto orgánico
en el cual por cada átomo de carbono se encuentra hidrógeno
y oxígeno en una proporción 2:1, p.ej. el azúcar.
. |
| Hidrocarburo :
compuesto orgánico formado solo por carbono e hidrógeno |
| Lípidos (del
griego lipos = grasa): Intervienen en el almacenamiento a largo
plazo de la energía celular, aislamiento, forman parte de estructuras
(p. ej. membranas) y en ciertos casos en funciones de control. Este grupo
incluye a las grasas, aceites, los esteroides (p.ej. el colesterol), los
fosfolípidos y los carotenoides. Moléculas orgánicas
no polares insolubles en agua y soluble en solventes orgánicos (también
no polares). |
| Magnetita: Las magnetitas
fósiles se consideran de origen bacteriano. Curiosamente cadenas
de magnetizas se encontraron en el meteorito marciano ALH84001 con un patrón
semejante al de las bacterias terrestres. |
| Mesófilo (del
griego mesos = intermedio): referido a la temperatura de desarrollo
bacteriano, entre 20 oC y 42 oC. Otros comportamientos
en referencia la temperatura son: psicrófilo, por debajo de
20 oC; termófilo: entre 40 y 70 oC; termófilos extremos: por encima de los 70
oC; hipertermófilos: por encima de 80 y 100 oC. |
| Metabolismo (del
griego metabole = cambio): El conjunto de reacciones químicas
que se producen en las células vivas |
| Minerales: Elemento
o compuesto inorgánico que ocurre naturalmente |
| Monómero (del
griego monos = uno, solo; meros = parte): Molécula
que constituye la unidad que se repite en un polímero. |
| Monosacárido
(del griego monos= sencillo; del árabe súkkar = azúcar): azúcar simple que no puede ser hidrolizado a
moléculas de azúcar más pequeñas. |
| Nutrición (del
latín nutritio: acción y efecto de nutrir): Nutrir:
del latín nutrire aumentar la sustancia viva del organismo |
| Oligotróficos
(del griego oligo = poco; trophe = nutrición, que
se alimenta de): literalmente "poco alimento" |
| Paradigma del griego paradeigma : modelo, ejemplo |
| Periplásmico:
En bacterias gram negativas el espacio que va desde
membrana plasmática a membrana externa. Aparentemente tiene una
consistencia gelatinosa. Contiene abundantes enzimas |
| Pelo radical: tricoma en la epidermis de la raíz que es una simple
extensión de una célula epidérmica . |
| Polímero
(del griego polys = muchos, meros = parte): Molécula
compuesta por muchas subunidades idénticas o similares. |
| Proteínas: (del griego
proteios
= primario, del griego Proteo, dios mitológico que adoptaba
numerosas formas). Polímeros
constituidos por aminoácidos que intervienen en numerosas funciones
celulares. Una de las clases de macromoléculas orgánicas
que tienen funciones estructurales y de control en los sistemas vivientes.
Las proteínas son polímeros de aminoácidos
unidos por uniones peptídicas. |
| Procariota (del latín pro = antes, del griego
karyon = núcleo, nuez): Tipo
de célula que carece de núcleo rodeado por membrana, posee
un solo cromosoma circular y ribosomas que sedimentan a 70 S (los de los
eucariotas lo hacen a 80S). Carecen de organelas rodeadas por membranas.
Se consideran las primeras formas de vida sobre la Tierra, existen evidencias
que indican que ya existían hace unos 3.500.000.000 años. |
| Quimiolitoautótrofos (del
griego lithos = piedra; autos = propio; trophe = nutrición,
que se alimenta de): un ejemplo singular lo constituye una bacteria capaz
de oxidar el ácido sulfídrico (SH2) y transformar
el anhídrido carbónico en moléculas orgánicas
utilizando la energía química de esta oxidación, vive
en simbiósis con un gusano: Riftia
pachyptila en los medios hidrotermales profundos. |
| Simbiosis( del
griego syn = junto, con; bioonai = vivir) Asociación
entre dos o más organismos de diferentes especies. Incluye 1) mutualismo
donde la asociación es beneficiosa para ambos 2) comensalismo
donde uno se beneficia y el otro no es dañado ni beneficiado 3) parasitismo uno se beneficia y el otro es dañado. |
| Teicoicos (del griego
teichos = muro): cadenas de moléculas de glicerina o ribitol esterificadas
entre sí por puentes fosfato, portan una fuerte carga negativa (probablemente
sirvan para "secuestrar cationes" ). Se unen a la mureína a través
del fosfato formando una amida. |
| Tinción de Gram
|
La propiedad de teñirse o no de violeta oscuro
por la Tinción de Gram es un criterio de clasificación importante
correlacionable con otras propiedades bacterianas.
-
El procedimiento se inicia fijando a la llama las bacterias
extendidas en un portaobjetos.
-
Las mismas se tiñen con una solución del
colorante básico cristal violeta.
-
El paso siguiente consiste en un tratamiento con solución
de Lugol (iodo/ioduro de potasio). El yodo forma una laca con el cristal
violeta, que es insoluble en agua y soluble en alcohol o acetona
-
El preparado se trata después con alcohol
o acetona
-
Finalmente se procede a realizar una coloración
de contraste (diferenciación) con otro colorante (fucsina).
-
Como consecuencia de este tratamiento las bacterias que retienen el complejo colorante-yodo durante el paso 4 quedan
azules y se denominan Gram positivas.
- Las células que NO retienen el complejo
colorante-yodo durante el paso 4 al tomar el colorante de contraste
(paso5) quedan rojas y se denominan Gram negativas
| Vitamina (del latín vita = vida): Sustancias orgánicas relacionadas que no pueden
ser sintetizadas por un organismo en particular y son esenciales , en cantidades
pequeñas, para su funcionamiento y crecimiento. |
| Xerófilas (del
griego xerox = seco; phyton = planta): plantas adaptadas
a ambientes secos, por extensión, bacterias adaptadas a actividades
de agua baja. |
Basado en un texto del: Curso de Microbiología
General, de Enrique
Iáñez
Redacción y diagramación a cargo de: Dr. Jorge S. Raisman, lito@unne.edu.ar
Las microfotografías de Microscopía electrónica de barrido se realizaron
en el Servicio de Microscopía Electrónica de Barrido de la Universidad
Nacional del Nordeste. Reproducción autorizada únicamente con fines
educativos, citando su origen.
Actualizado en Febrero del 2000. Reproducción autorizada únicamente con fines educativos
citando su origen. Se agradecen comentarios y sugerencias.
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